超临界水氧化法处理污泥技术介绍

1、超临界水氧化法处理污泥技术介绍1、 超临界水氧化技术超临界水氧化技术（Supercritical Water Oxidation，SCWO）是指某一流体当温度和压力升高至该流体的临界温度和临界压力之上时，该流体便成为超临界流体。超临界水氧化技术是指在温度和压力高于水的临界温度（374.3）和压力(22.1MPa)之上的反应条件下，以超临界水为反应介质，以空气或氧气为氧化剂，将水中有机污染物彻底氧化成CO2和H2O的过程。该技术适用于处理含有机污染物的任何废液及废弃固体。超临界水氧化技术发展遭遇到了一些技术挑战，主要是盐酸、硫酸等腐蚀和盐类沉积。目前发现的耐超临界水氧化腐蚀性能最好的Ni基合金I

2、nconel625 和Hastelloy C-276 在SCWO环境下的均匀腐蚀速率达到 17.8mm/a,远高于作为设备结构材料要求的腐蚀速率（低于 0.5mm/a）。反应器和换热器的腐蚀问题成为直接制约SCWO技术大规模产业化应用的关键因素。2、超临界水氧化技术及特点：超临界水具有低的粘度，高的扩散系数，促进了超临界水反应器中混合物的传质。很低的极性，导致无机盐溶解度的大幅降低和有机物溶解能力的增加。超临界水具有很高的热容，使得热传输效率高。常况水进入超临界态后，约2/3的氢键断裂，引起介电常数急剧降低。超临界水氧化法使用超临界水的独特性能，将有机废物转化为环境无害的产物。其技术特点表现在

3、以下几方面：使用环境友好、廉价易得的水作为反应介质，符合绿色化学发展要求； 超临界水既有接近常规液态水的密度，又有接近气体的粘度，因而有很高的传质速度。在超临界区，由于流体的密度、溶解度、粘度等特性随水密度而改变。因此，可以通过控制操作条件（即温度和压力）改变反应环境；超临界水氧化操作温度远低于焚烧温度，所以不会产生氮氧化物以及硫氧化物等二次污染物；氧化反应产物主要为CO2、N2、H2O和无机盐，实现了污染物零排放；超临界水作为有机物和氧气的良好溶剂，使得氧化反应在均相进行，不存在相间传质限制，反应速度快，处理效率高，有机物降解效率在不到一分钟或者更短的时间内达到99.99%；超临界水氧化系统

4、体积小、完全封闭且可以迅速停车，使得易于控制； 超临界水氧化系统适于处理的有机物范围广，几乎适用于各种有机废物的处理，且对有机物浓度适用范围宽； 超临界水氧化反应为放热过程，当有机物浓度超过 10%甚至更高时，需要的热交换器很小甚至不需要外部供热，只需在引发反应的初期供热即可。3、超临界水氧化技术的环境废物处理应用超临界水氧化技术适于处理各种环境污染物，包括居民日常生活垃圾，城市下水道污水污泥，农业生产以及工业过程产生的各种有害废物。本节介绍了超临界水氧化技术在环境废物处理方面的应用。3.1 污水污泥的处理废水经过生物法处理后，会产生大量污泥。对于含大量水分的污泥一般要先脱水，然后采用焚烧或直

5、接填埋的方法处理。填埋没有及时处理有害污染物，不是环境保护长远之计。焚烧技术费用高、且产生烟尘，危害公众健康。超临界水氧化法是一种有效的处理各种有害有毒物质的技术，包括污水以及高密度的污泥。由于过程本身排放洁净气体，相对于传统焚烧等易排放二恶英和废气等热处理技术，SCWO成为一种优越的焚烧替代技术。1995年瑞典 Chematur Engineering化学工程公司(CEAB)取得美国Eco Waste Technologies(EWT)公司SCWO技术。据EWT报道，有机污泥脱水至含有机物浓度为10%-15%时，由于氧化反应自生热量，过程可以得到最佳经济效益。1999年CEAB公司获得了EW

6、T公司 SCWO技术垄断权，其推出的SCWO市场化商标称为Aqua Critox®，过程流程如图。日本Shinko Pantec公司获得 CEAB 技术许可，已建立了1100kg/h的SCWO中试装臵。Shinko Pantec公司预测SCWO技术在日本的主要市场是下水污泥处理，于2000年7月在日本神户（Kobe）建造一家下水道污泥处理厂。其处理过程为:由于污泥比较粘稠，在污泥储槽设臵搅拌器。高压泵前设臵过滤装臵防止大颗粒进入堵塞高压泵，进料加压至25MPa后进入节能装臵，被反应器出水加热。然后进入加热器，如果污泥含有机成分浓度低于3%时，在进入反应器前必须进一步加热。进入反应器后

7、与注入的氧气混合发生氧化反应，反应放热会抬高反应器温度。当污泥含有机物浓度过高时，在反应器设定温度 600可能无法完全氧化，结果要求二次氧化，此时含溶解氧的水以冷水加入反应器来抵消反应热，维持氧化反应不超过反应器温度限。从反应器出来的物料进入节能装臵，预热进料。蒸汽发生器回收部分出水带出的反应热。流出物料经冷却后通过专门的卸压盘管，然后经气液分离器。为了保证 SCWO处理污泥的高效性， 经济性,需考虑某些工程问题。 一是污泥干基含量，Chematur Engineering SCWO装臵适宜处理干基含量为 15%；另外最重要的一点是，保证泵安全正常供料。物料进入高压泵前，要先经过 Macera

8、tor 泵和 Mono 泵，高压泵为隔膜式活塞泵。为防止换热器和反应器内无机盐结垢，物料要求很高的线速度流过。由于污泥中存在含氮有机物，操作温度存在最低限，这是由于含氮有机物难以降解。物料中炭氮比率（即TOC/Tot-N）越高，含氮有机物越易降解。实验结果（如下表）表明所有有机物质很容易降解，然而为了彻底降解含氮物质，需要最低温度540。排出气体不含挥发性有机碳（VOC）和NOx,但是部分氮转化形成N2O(不包括在NOx之内),尽管当前对N2O没有排放限制，但是N2O是一种温室气体，将来可能造成环境危害。必要时可以经过进一步催化氧化可以转化为N2。经济评价分析表明SCWO技术处理下下水道污泥是

9、一种廉价的污泥处理替代技术。Svanstrom等评价了世界上第一台商业性的处理污泥超临界水氧化装臵。污泥来自于美国德克萨斯州Harlingen市政污水处理厂。其目的是根据美国和欧洲超临界水氧化技术当前以及预期的环境表现对这种最具前途的污泥处理技术作出评估。Harlingen超临界水氧化单元装臵于2001年4月建成，日处理能力为9.8吨污泥（干基）。污泥固含量6-9wt%（相当于COD=80-120g/L）,污泥预热能量来自于反应器排出流体所含热量。在反应器内，以氧气为氧化剂，停留时间为20-90s，发生有机物的完全氧化。通过水力旋流器（一种依靠锥形容器内的离心力将固体颗粒从水流中分离出来的机器）将反应后的流